青藏铁路格拉段扩能改造方案比选

邹中翔

(陕西省铁道及地下交通工程重点实验室(中铁一院)，西安 710043)

1 概述

青藏铁路格拉段是沟通西藏自治区与内地间的重要铁路通道。根据相关文献研究结论[1-2]，青藏线格拉段建议采取分步实施的扩能改造方案，先期实施开放全部预留车站并延长部分车站到发线有效长工程，目前，该工程已经完工，线路通过能力可适应至2025年。随着近年来西藏自治区同内地之间的物资交流和人员往来迅速增长，青藏线格拉段运输能力已不满足近期(2030年)，远期(2040年)运输需求，以下在结合前期研究成果的基础上[3-4]，对青藏线下阶段扩能改造方案进行比选论证。

2 现状分析

2.1 运输能力

(1)现状图定列车对数及能力利用率

青藏铁路格尔木至拉萨段(简称格拉段)地处青藏高原腹地，位于青海省西部、西藏自治区中北部，线路全长1136.338 km。目前，上一阶段扩能改造工程已经完成，全线维持单线内燃标准，最大坡度20‰，58处(含格尔木、拉萨)车站已经全部开站，其中，25处车站到发线有效长900 m，32处车站到发线有效长720 m，实行自动站间闭塞，综合维修天窗时间120 min。旅客列车为NJ2、HXN3型机车双机牵引(16辆)；货物列车部分满足HXN3型机车三机牵引4 000 t条件，但现状仍主要由NJ2、HXN3型机车双机牵引，牵引质量为2 580 t，零星为三机牵引3 580 t。根据青藏集团公司《列车运行图技术资料》，青藏铁路格拉段通过能力已经饱和，格拉段现状通过能力和能力利用率见表1。

表1 青藏铁路格拉段现状通过能力和能力利用率

2.2 运输质量

目前，青藏铁路格拉段冻土区段线路最高允许速度为100 km/h(局部段落限速80 km/h)，剩余地段线路最高允许速度120 km/h(局部段落限速100 km/h)。受线路坡度大、内燃机车在高海拔地区功率降低等因素影响，本段客货列车运行速度均较低。现状客车平均技术速度88.7 km/h，平均旅行速度82.5 km/h；货车平均技术速度54.3 km/h，平均旅行速度34.8 km/h。

2.3 客货运量预测

根据运量预测，青藏铁路格拉段研究年度客货运量预测汇总见表2。

表2 青藏铁路格拉段研究年度客货运量预测汇总

3 扩能方案思路

格拉段现状运输能力已基本饱和，在现状工程设置条件下，开行部分4 000 t货物列车后，运输能力依然不满足研究年度近、远期运输需求[5]，能力缺口分别为255万t和405万t，需进行扩能改造。

本次研究根据青藏线格拉段运营现状及近、远期预测运量，从内燃牵引扩能和电气化改建扩能两方面进行系统研究。内燃方案采用延长车站到发线、增加车站及增设双插段等扩能措施，电气化方案采用电气化改造、延长车站到发线等扩能措施。在对各方案详细分析的基础上，从运输能力、运输质量、工程投资及运营成本、运营效果等多方面对各方案进行综合比选和系统论证，提出运输能力大、运输质量高、经济性好的扩能方案[6-8]。

4 扩能改建方案

4.1 内燃扩能方案

(1)延长车站到发线有效长度

目前，青藏线格拉段扩能改造工程已经完工，25处车站到发线有效长度为850 m，具备开行部分4 000 t列车的条件。在此基础上，对除拉萨外的32处车站到发线有效长度延长至850 m，组织开行4 000 t(HXN三机牵引)列车[9-11]。本方案静态投资约19.73亿元，研究年度运输能力适应情况见表3。由表3可知，全部车站到发线延长后，近远期运输能力均不足，能力缺口分别为74万t和321万t。

表3 延长到发线有效长能力适应情况

(2)到发线延长并局部区段复线

根据前述分析，延长32处车站到发线有效长度至850 m，全部开行4 000 t(HXN三机牵引)列车后，近远期能力均不足。经检算，近期需要能力为22.7对/d，平图能力低于22.7对/d的区间共计4个，区段长度共计93.7 km；远期需要能力为23.9对/d，平图能力低于23.9对/d的区间共计8个，区段长度共计181.4 km[12]。满足近、远期能力需要增设会让站或复线区段工程设置见表4。

表4 增设会让站或复线区段工程设置

综上，为满足近期运输需求，全段需新增越行站2处，改建既有坡度5 km，设置施工便线6 km，增建二线长度45.7 km；该方案静态投资约57.77亿元。远期全段还需新增越行站2处，改建既有坡度5 km，设置施工便线5.5 km，增建二线42 km；该方案静态投资约38.09亿元。综合分析，在延长32处到发线有效长度至850 m的基础上，对8处运输能力不满足需求的区段采用局部复线或加站方案后，内燃牵引4 000 t，可满足远期运量需求。

(3)增建第二线方案[13]

若维持内燃牵引，实施增建第二线工程，关闭会让站28处，保留车站30处，平均站间距39.1 km，静态投资约656.77亿元。本线远期运量为客车9对/d(旅游旺季11对/d)、行包1对/d，货运量950万t，为单线运量水平。若建成双线，运输能力将大幅增加，在满足研究年度客货运量的前提下，富余量较大，会造成能力闲置浪费。同时，由于工程投资巨大，运营固定成本支出大幅增加，投资经济性差，与格拉段运量增长水平不匹配，研究后予以放弃。

4.2 电化扩能方案

根据内燃改建方案研究结论，到发线延长并局部区段复线方案运输能力可满足运输需求。延长车站到发线有效长方案那曲至拉萨段能力满足运输需求，格尔木至那曲段能力不足。对格尔木至那曲段进行电气化改造后，全线能力满足需求。该方案静态投资较延长到发线有效长度并电化方案投资节省约26.15亿元，节省22.9%。但其全线牵引种类不统一，内燃区段仅占全线总长的27.7%，客货列车均需在那曲进行换机作业，不但增加那曲地区作业量，不利于全线实现直通运输，而且增加了客货列车在途时间，降低了运输效率，与现状格尔木至拉萨间贯通运输的运输组织模式不一致，研究后予以舍弃。本次电化扩能方案按全线统一牵引种类，研究现状电化方案及延长到发线有效长度并电化方案。

(1)现状电化方案

对青藏线格拉段实施现状电化改造方案静态投资97.52亿元。受32处车站到发线有效长度650 m的限制，研究年度仅能开行4 000 t货车3对/d(HXD1双机牵引)，其余需开行3 000 t(HXD3双机牵引)货车，运输能力适应情况见表5。由5表可知，电化后近期运输能力可满足需求，远期能力不足。该方案4 000 t列车开行数量受限；需同时组织3 000 t和4 000 t列车，运输组织相对复杂；3 000 t列车不能与格尔木地区各既有及规划线实现直通运输，增加格尔木地区作业量及货车在途时间。

表5 现状电化后的能力适应情况

(2)延长到发线有效长度并电化方案

将除拉萨外剩余32处到发线由650 m延长至850 m，组织开行4 000 t(HXD1双机牵引)列车，同时实施电化改建工程。该方案静态投资114.08亿元，运输能力适应情况见表6。由表6可知，线路输送能力大于运输需求，且近期存在一定富余。

表6 到发线延长并电化的能力适应情况

4.3 扩能方案比选

(1)运输能力对比

①内燃扩能方案：仅延长剩余32处车站到发线有效长，全部组织开行4 000 t列车后，近、远期运输能力均不足，需进一步增设会让站或局部区段复线满足运输需求。

②电力扩能方案：现状电化方案满足近期运输需求，远期能力不足；延长到发线有效长度并电化改造，改造后，近、远期能力均满足运输需求，近期能力富余较大。

(2)运输质量对比

格拉段地处高寒地区，其中，望昆至安多间551 km处于多年冻土区，线路允许速度100 km/h，约占格拉段全长的49%。旅客列车在该区段最高行车速度按100 km/h控制，其余区段最高行车速度120 km/h。按线路行车速度标准进行牵引计算[14-15]，并对内燃和电化改建方案客货列车旅行时间分析。内燃方案旅客列车平均旅行时间13.8 h，平均旅行速度82.5 km/h；货物列车平均旅行时间33.9 h，平均旅行速度34.5 km/h。电化方案旅客列车平均旅行时间12.8 h，平均旅行速度88.7 km/h；货物列车平均旅行时间27.8 h，平均旅行速度40.5 km/h。两方案相比，电化方案旅行时间较内燃方案旅客列车节省1.0 h，货物列车节省6.1 h。

(3)投资及运营成本

从工程投资分析，内燃牵引延长到发线并进一步增设会让站或局部区段复线方案近远期工程总投资95.86亿元。现状电化方案近期工程总投资97.52亿元，远期增加投资18.93亿元。电化并延长到发线方案工程投资114.08亿元。从运营成本分析[16-18]，电化改建方案较内燃改建方案能耗降低明显，经测算，电化改建方案近期单位运营成本(不含折旧)为0.138元/换算t·km，内燃改建方案近期单位运营成本(不含折旧)为0.173元/换算t·km，电化改建方案较内燃改建方案近期全线运营成本可节省2.19亿元/a。

(4)运输组织及运营干扰分析

因格拉段仅部分车站有效长度为850 m，仅可开行少部分4 000 t列车，大部分列车牵引质量仍为3 000 t。现状电化方案不能与格尔木地区各既有及规划线实现直通运输，增加格尔木地区作业量，降低部分货物列车运输效率。此外，该方案仅能满足近期运输需求，远期仍需进一步延长剩余32站到发线有效长度，将对既有线运营造成频繁干扰。延长到发线有效长度并电化方案投资较现状电化方案近期投资增加16.6亿元，近期输能较现状电化方案提高183万t/a，可有效应对本线客流的不确定性，避免远期延长到发线工程对既有线运营造成再次干扰[19-22]。

(5)综合分析

采用内燃牵引，延长全部车站到发线有效长度至850 m，近远期能力均不足，需采用局部区段加站或增建二线方案，但存在工程建设规模大、投资高、对运营干扰大等缺点。采用电力牵引，列车运行速度快、全线旅行时间短，旅行速度高，考虑格拉段沿线气候及自然环境恶劣的实际条件，要求列车快速通过高原，以缩短客货列车旅行时间，电化改建方案更具优势。现状电化满足近期需求，远期能力不足；进一步延长剩余32处车站到发线有效长至850 m后，可满足远期能力需求，以及有效应对本线客流的不确定性，避免远期延长到发线工程对既有线运营造成再次干扰。

5 结束语

青藏线格拉段是西藏自治区对外铁路货物运输的主通道，随着西藏自治区的社会经济将进入跨越式发展阶段，同内地之间的物资交流和人员往来将迅猛增长，运能与运量矛盾凸显。为满足运输需求、提高运输质量、节约运输成本、同时有效应对本线客流的不确定性，避免远期延长到发线工程对既有线运营造成的再次干扰，建议采用延长32处车站到发线有效长度并实施全线电化改造方案。